海洋柔性管道抗拉铠装钢丝加工力学行为分析

摘要

海洋柔性管道是海洋油气开发的重要装备之一，随着海洋油气资源开发逐渐向深水迈进，对柔性管道的抗拉性能有了更高要求。而柔性管道结构中主要由螺旋缠绕形式的抗拉铠装钢丝提供抗拉伸能力。随着水深加深，需要设计更厚的铠装钢丝，这为抗拉铠装钢丝的加工缠绕成型带来挑战，需要精确预测钢丝成型过程中的力学行为，进而调整工艺参数。
　　本文对海洋柔性管道抗拉铠装钢丝的加工装备与工作原理进行分析，总结提炼出其中的关键技术问题，即钢丝缠绕成型问题，并进一步确定缠绕成型中的关键工艺参数，即钢丝预张力。首先建立单根钢丝缠绕圆柱的加工理论模型，对加工预张力的上限值进行分析。同时基于材料弹塑性，建立铠装钢丝缠绕成型的三维有限元数值模型，以8寸柔性管道抗拉铠装钢丝缠绕成型为例，对理论模型的合理性进行验证;对满足缠紧要求的预张力下限值范围进行分析，并对缠绕过程中的钢丝应力状态进行预测。此外，对钢丝连续缠绕多个圆柱滚筒的力学行为进行分析，对考虑塑性应变前后的最大加工应力进行对比讨论。本文对柔性管道抗拉铠装钢丝制造过程中提出的理论及数值模型，为柔性管道抗拉铠装层的加工制造提供技术支撑，同时也为海洋柔性管道截面设计提供理论支持。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 海洋柔性管道介绍

1．2．1 海洋柔性管道分类

1．2．2 海洋柔性管道的应用现状

1．2．3 海洋柔性管道研究

1．3 柔性管道拉伸性能研究综述

1．4 本文主要研究内容

2 抗拉铠装钢丝加工过程研究

2．1 加工过程的工作原理

2．2 抗拉铠装钢丝加工中的关键问题

2．2．1 缠绕成型问题

2．2．2 张力控制问题

2．3 缠绕成型的研究基础

2．4 缠绕成型的评价标准

2．5 本章小结

3 钢丝缠绕成型理论分析

3．1 缠绕成型的力学模型

3．2 钢丝的本构模型

3．3 钢丝截面内力计算

3．3．1 纯弯曲情况

3．3．2 拉弯组合情况

3．4 缠绕成型最大预张力估算

3．5 本章小结

4 钢丝缠绕成型数值模拟

4．1 钢丝缠绕有限元模型

4．1．1 几何模型

4．1．2 材料属性

4．1．3 单元选择与网格划分

4．1．4 分析步、约束与加载

4．2 数值模拟结果与分析

4．2．1 预张力对缠绕紧密程度的影响

4．2．2 预张力对钢丝截面应力状态的影响

4．2．3 缠绕成型的最佳预张力

4．3 本章小结

5 连续缠绕力学行为分析

5．1 研究基础

5．2 连续缠绕行为模拟

5．3 数值模拟结果对比

5．4 本章小结

6 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢